DE2417938A1

DE2417938A1 - Stahllegierung, daraus hergestellter schweissbarer stabstahl und verwendung desselben als betonstahl

Info

Publication number: DE2417938A1
Application number: DE19742417938
Authority: DE
Inventors: Theo Dipl Ing Breedijk
Original assignee: Hoogovens Ijmuiden BV
Current assignee: Hoogovens Ijmuiden BV
Priority date: 1973-04-16
Filing date: 1974-04-11
Publication date: 1974-10-24
Also published as: NO741344L; FR2225538B1; IT1009456B; FR2225538A1; DE2417938B2; BE813711A; NL7305262A; NO134844B; US3960615A; SE415842B; GB1462535A; LU69857A1; NO134844C; NL161504B; NL161504C; JPS508714A

Description

HENKEL— KERN — FEILER HÄNZEL MÜLLER

DR. PIIII.. ÜIPL.-ING. I)R. RHR. NAT. DIPL.-ING. »IPL.-ING.

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HOOGOVENS IJMUIDBN BV,
Ijmuiden / NIEDERLAInIDE

"Stahllegierung, daraus hergestellter schweißbarer Stabstahl und Verwendung desselben als
Betonstahl"

Die Erfindung betrifft einen schweißbaren Stabstahl bzw.
eine schweißbare Stahlstange, insbesondere zur Verwendung als Betonstahl, und einen solchen Stabstahl bzw. eine solche Stahlstange als Bewehrung enthaltenden Beton. Aus Vereinfachungsgründen sei im folgenden nur noch von "Stabstahl" die Rede, unter diesen Ausdruck sollen jedoch auch - falls erforderlich - Stahlstangen fallen.

Bei der Applikation von Betonstahl bedient man sich in zunehmendem Maße einer Schweißung. Da bei Industriegebäuden die Verwendung vorgefertigter Bewehrungselemente immer po-

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pulärer wird, wird das übliche Eisenflechten immer mehr durch das sogen. Heftschweißen kreuzweise aufeinanderliegender Verstärkungsstäbe ersetzt.

Beim Heftschweißen ist es unvermeidlich, daß im Querschnitt der einzelnen Stäbe lokal Gefügeänderungen des Stahls auftreten, die als unzweckmäßig angesehen werden. Insbesondere bei einem Betonstahl mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,3 und 0,4 % bilden sich als Folge der sehr raschen Abkühlung derjenigen Zone des Stabmaterials, die der Hitzeeinwirkung beim Heftschweißen ausgesetzt wurde, unter der Heftschweisse relativ harte und schwierig zu verformende Härtegefüge.

Es ist von wesentlicher Bedeutung, daß der Kohlenstoffgehalt so weit erniedrigt wird, daß die Härte und folglich der Sprödigkeitsgrad der der Hitzeeinwirkung ausgesetzten Zone im Hinblick auf die beabsichtigte Applikation des geschweißten Betonstabstahls in einem Betonelement bzw. -teil akzeptierbar sind.

Obwohl die ar/geschweißte Bewehrungsstäbe im Hinblick auf die Pestigkeits- und Spannungseigensc-haften zu stellenden Anforderungen in den verschiedenen Ländern noch diskutiert werden, ist bereits jetzt festzustellen, daß bestimmte Mindestanforderungen an die Festigkeitseigenschaften, wie sie durch einen Zugversuch ermittelt werden, erfüllt werden sollten, und daß ein Bruch nur außerhalb der Schweißzone eintreten darf oder aber daß beim Bruch nahe der Schweißzone eine Streckkapazität einer mindestens 5 %igen gleichmäßigen Dehnung außerhalb der Schweißzone erreicht wird. Dies beruht auf der Überlegung, daß eine 2- bis 3-%±ge gleichmäßige Dehnung im Stahl für die evtl. erforderliche Drehungsfähigkeit des fertigen Bauteils bei weitem

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ausreicht und ferner, daß beim Auftreten einer solchen Belastung die unter Druck stehende Seite des Betons "bereits eingestürzt ist. Bei der Prüfung der Heftschweißfähigkeit ist es üblich, den Stab mit der Heftschweisse in der Zugzone zu biegen, obwohl der Wert dieses Testverfahrens noch ungewiß ist (da es keinen Test für die Bearbeitbarkeit des geschweißten Stahls darstellt). Ungeachtet dessen kann angenommen v/erden, daß die Tatsache, ob der geschweißte Stahl ohne Bruch um eine Form oder einen Dorn des 10-fachen Stabdurchmessers gebogen werden kann oder nicht, ein bei weitem ausreichendes Kriterium zur Bewertung der Heftschweißfähigkeit darstellt, da bei diesem Test die der Hitzeeinwirkung ausgesetzte Zone einer weit höheren prozentualen Dehnung unterworfen wird als im Falle eines Zugversuchs bis zum Bruch. Dieser Biegetest kann jedoch realistisch nur dann als Vergleichstest herangezogen werden, wenn er in der Praxis an Ort und Stelle durchgeführt und nicht als absolute Norm angesehen wird.

Bei der Herstellung qualitativ hochwertiger Betonstähle mit FeB 40 - 50 (untere Streckgrenze 40 - 50 kg/mm ) bedient man sich in zunehmendem Maße kleiner Mengen an zuzulegierenden Elementen, die als Ergebnis der sogen. Ausscheidungshärtung eine Erhöhung der Zerreißfestigkeit bedingen.

Aus der niederl. Patentanmeldung Nr. 71.09345 ist es bekannt, durch Zulegieren von Vanadium und/oder Niob in Kombination mit zusätzlichem Stickstoff (mindestens 0,01 %) den prozentualen Kohlenstoffgehalt relativ niedrig zu halten. Insbesondere aus SiAl-beruhigten Stählen mit 0,10 bis 0,22 % Kohlenstoff, 0,6 bis 1,4 % Mangan, 0,15 bis 0,30 % Silizium, 0 bis 0,3 % Aluminium, 0,015 bis 0,030 % Stickstoff, 0 bis 0,03 % Niob und 0,02 bis 0,20 % Vanadium er-

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hält man natürlich gealterte FeB 40 - 50 Stähle.

Aus der nieder1. Patentanmeldung Nr. 71.17490 ist ein durch Legieren verfestigter, aus einem SiAl-beruhigten Stahl mit bis zu 0,20 % Vanadium, bis zu 1,50 % Mangan und bis zu 0,20 % Niob + Vanadium oder bis zu 0,10 % Niob oder Vanadium erhaltener FeB 50 Stahl bekannt.

Sin bekanntes Verfahren zur Herstellung eines qualitativ hochwertigen, heftschweißbaren Betonstahls besteht in einer Verfestigung durch Verformung, beispielsweise in einem Verdrillen durch Kaltrecken. Hierbei läßt sich der prozentuale Kohlenstoffgehalt niedrig halten, da die erforderliche Erhöhung der Zerreißfestigkeit lediglich durch die Kaltverformung erreicht wird. Im Hinblick auf die steigenden Kosten durch eine solche arbeitsintensive Nachbehandlung der Bewehrungsstäbe sollte die Durchführung einer Verdrillung durch Kaltreckung für jede erforderliche Festigkeit getrennt mit den Kosten einer zusätzlichen ZuIegierung verglichen werden.

Aus der GB-PS 1 201 031 ist es bekannt, daß sich eine erhöhte Zerreißfestigkeit infolge Ausscheidungshärtung aufgrund einer Zulegierung von Niob und gleichzeitige Kaltverformung durch Verdrillen erreichen läßt. Diese Maßnahmen gelten jedoch ausschließlich in Kombination mit einer künstlichen Alterung des Materials nach der Kaltverformung. Dies führt im Ergebnis zu einer kombinierten Ausscheidungshärtung und Beanspruchungsalterung. In der GB-PS 1 201 wird ein Si-beruhigter Stahl mit 0,20 bis 0,30 % Kohlenstoff, 1,0 bis 1,5 % Mangan, 0,2 bis 0,5 % Silizium und 0,01 bis 0,10 % Niob beschrieben. Obwohl in der genannten GB-PS keinerlei Angaben über irgendwelche Schweißeigenschaften gemacht werden, heißt es insbesondere, daß sich

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hohe Zerreißfestigkeitseigenschaften (bis zu FeB 60) erreichen lassen.

In der niederl. Patentanmeldung Nr. .6/^04359 ist ferner ein Verfahren zur Erhöhung der Zerreißfestigkeit durch Ausscheidungshärtung durch Zulegieren von Niob in Kombination mit einer Verfestigung durch Kaltverdrillen⁷. Hierbei wird ein Si-halbberuhigter FeB 50 Bewehrungsstahl mit 0,10 bis 0,20 % Kohlenstoff, 0,50 bis 1,20 % Mangan, 0,02 bis 0,10 % Silizium, 0,015 bis 0,10 «S Niob und guten Streck- und Schweißeigenschaften verwendet.

Für das spezielle Applikationsgebiet als qualitativ hochwertige und heftschweißbare Stahlstäbe sind die genannten Stähle unter Berücksichtigung möglichst niedriger Gestehungskosten und einer ausreichenden Schwäßbarkeit, insbesondere Heftschweißbarkeit, alles andere als gut geeignet.

Erfindungsgemäß wird nun ein schweißbarer Stahlstab geschaffen, der aus einer Si-halbberuhigten BOF-Stahllegierung mit

mindestens 0,18 % und höchstens 0,29 % Kohlenstoff, mindestens 1,20 % und höchstens 1,50 % Mangan, weniger als 0,1 % Silizium,

weniger als 0,01 % Aluminium,

weniger als ' 0,005 % Stickstoff,

weniger als 0,05 % Phosphor,

weniger als 0,05 % Schwefel,

insgesamt weniger als 0,15 % Chrom, Nickel, Molybdän, Kupfer und Zinn

und mindestens etwas, jedoch weniger als 0,04 °/o Niob besteht.

+) beschrieben

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Die zur Herstellung eines schweißbaren Stabstahls gemäß der Erfindung verwendbare Stahllegierung kann zusätzlich noch mindestens etwas, jedoch weniger als 0,06 % Vanadium enthalten.

Die Verwendung eines solchen halbberuhigten Stahls ist im Vergleich zu den bekannten und beschriebenen, beruhigten Stählen deshalb von Vorteil, da sich die Gestehungskosten infolge einer etwa 10 ^igen Erhöhung der Blockausnutzung beträchtlich senken lassen und die Notwendigkeit einer Verwendung sogen. Block- oder Gießaufsätze entfällt. Darüberhinaus hat es sich gezeigt, daß im Hinblick auf die angestrebten Schweißeigenschaften, insbesondere 'Heftschweißeigenschaften, eine Erniedrigung des Kohlenstoff-.gehalts auf maximal 0,29 f° ausreicht. " - · ■ . Dies führt in vorteilhafter ¥eise dazu, daß bei durch Legieren verfestigten, heftschweißbaren FeB 40-42 Stählen beträchtlich weniger teure Legierungselemente, insbesondere Vanadium, zulegiert v/erden müssen als im Falle der bekennten Bewehrungsstähle.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Beton, beispielsweise ein Betonteil oder -element, mit einem Stabstahl gemäß der Erfindung als Bewehrung, insbesondere mindestens zwei miteinander verschweißte (gerade) Längen solcher Stabstähle, geschaffen.

Gegenstand der Erfindung sind schließlich auch noch Stahllegierungen des angegebenen Chemismus, wobei der Stahl vorzugsweise natürlich gealtert ist und einen FeB-¥ert von 40 bis 42 aufzuweisen kann.

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Zur Verwendung als heftschweißbarer Stab kann man einen Stahl einer höheren Zerreißfestigkeit, beispielsweise einen PeB 50-Stahl durch Kaltverdrillen des FeB 40 bis 42-Stahls (zu einem verformten oder verdrillten Stahl) herstellen. Ein solcher Stahl kann bei gleicher Zerreißfestigkeit billiger sein als durch Legieren verfestigte Stähle mit größeren Mengen an Legierungsbestandteilen, wie Vanadium und Stickstoff.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen. Bei den in den Beispielen beschriebenen Stählen handelt es sich um Si-halbberuhigte BOF-Stahllegierungen.

Beispiel

Heftschweißbarer, aus einer natürlich gealterten FeB 40 bis 42-Stahllegierung hergestellter Stabstahl eines Durchmessers von 16 mm.

Analysenwerte: Kohlenstoff: 0,26 % Mangan: 1,40 % Silizium: 0,03 % Phosphor: 0,015 % Schwefel: 0,014 % Aluminium: weniger als 0,01 % Stickstoff: weniger als 0,005 %

Summe (Chrom, Nickel, Molybdän, Kupfer, Zinn): < 0,1 % Niob: 0,03 %.

Mechanische Eigenschaften: ²

g = 42 kg/mm²;

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% = 57 kg/mm²;
Adp-5: 30 #.

Heftschweißbarkeit:

Zugtest: Bruch außerhalb der Schweißzone.

Biegetest (der Heftschweißverbindungen): Kein Bruch des Stabs beim Biegen um eine Form mit dem 10-fachen Stabdurchmesser.

Beispiel

Heftschweißbarer, aus einer verdrillten FeB 50-Stahllegierung hergestellter Stabstahl eines Durchmessers von 16 mm.

Es wurde dasselbe Ausgangsmaterial wie in Beispiel 1 (FeB 40 bis 42) verwendet und mit einem Verdrehungs- oder Verwindungsgrad entsprechend dem 10-fachen Stabdurchmesser kaltverdrillt.

Analyse:

Vergl. Beispiel 1.

Mechanische Eigenschaften:

σ_β = 61 kg/mm²;
Adp 5: 22 %.

Heftschweißbarkeit:

Zugtest: Bruch außerhalb der Schweißzone.

Biegetest (der Heftschweißverbindungen): Kein Bruch des Stabs beim Biegen um eine Form des 10-fachen Stabdurchmessers. .

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Beispiel 3

Heftschweißbarer, aus einer natürlich gealterten FeB 40 bis 42-Stahllegierung hergestellter Stabstahl eines Durchmessers von 22 mm.

Analyse s

Kohlenstoffs 0,22 %

Mangan: 1,35 %

Silizium: 0,04 %

Phosphor: 0,016 $6

Schwefel: 0,012 So

Aluminium: weniger als 0,01 %;

Stickstoff; weniger als 0,005 %',

Summe (Chrom, Nickel, Molybdän, Kupfer, Zinn): < 0,1 %

Niob: 0,03 %

Vanadium: 0,04 %

Mechanische Eigenschaften: σ"_ν = 43 kg/mm²;
O"_B = 57 kg/mm²;
Adp-5: 30 %.

Hefts chv/eißbarke it:

Zugtest: Bruch außerhalb der Schweißzone.

Biegetest (der Heftschweißverbindungen): Kein Bruch des Stabs beim Biegen um eine Form des 10-fachen Stabdurchmessers.

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Beispiel 4

He fts chv/e ißbarer, aus einer verdrillten PeB 50-Stahllegierung hergestellter Stabstahl eines Durchmessers von 22 mm.

Analyse:

Vergl. Beispiel 3.

Die Kaltverdrillung erfolgte mit einem Verdrehungs- oder Verwindungsgrad entsprechend dem 10-fachen Stabdurchmesser.

Mechanische Eigenschaften:
^₀ 2 = 54 kg/mm ;
CTg = 60 kg/mm²;
Adp-5: 20 %.

Heftschweißbarkeit:

Zugtest: Bruch außerhalb der Schweißzone.

Biegetest (der He fts chv/e ißverbindungen): Kein Bruch des Stabs beim Biegen um eine Form des 10-fachen Stabdurchmessers.

Da nach dem Walzen dünne Stäbe (bis zu einem Durchmesser von 20 mm) rascher abkühlen als dicke Stäbe, ist es, um dieselben Zerreißfestigkeitseigenschaften zu erreichen, für dickere Materialien (zwischen 20 und 40 mm Durchmesser) zweckmäßig, neben 0 bis 0,04 % Niob noch 0 bis 0,06 % Vanadium zuzulegieren (vergl. Beispiele 3 und 4).

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Claims

PATENTANSPRÜCHE :

1. Schweißbarer Stabstahl aus einer Si-halbberuhigten BOF-Stahllegierung mit

weniger als 0,01 % Aluminium,

weniger als 0,005 % Stickstoff,

weniger als 0,05 % Phosphor,

weniger als 0,05 % Schwefel,

insgesamt weniger als 0,15 % Chrom, Nickel,

Molybdän, Kupfer und Zinn und mindestens etwa^ jedoch weniger als 0,04 % Niob.

2. Stabs tahü. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllegierung ferner mindestens etwas, jedoch weniger als 0,06 % Vanadium enthält.

3. Stabstahl nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllegierung mindestens 0,21 % und höchstens 0,27 % Kohlenstoff enthält.

4. Stabstahl nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllegierung

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0,26 % Kohlenstoff, 1,40 % Mangan,

0,03 % Silizium, 0,015 % Phosphor, 0,014 % Schwefel, weniger als 0,01 % Aluminium, weniger als 0,005 % Stickstoff, insgesamt weniger als 0,1 % Chrom, Nickel, Molybdän,

Kupfer und Zinn, und 0,03 $6 Niob,
enthält.

5. Stabstahl nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllegierung 0,22 % Kohlenstoff, 1,35 % Mangan,

0,04 % Silizium, 0,016 % Phosphor, 0,012 % Schwefel, weniger als 0,01 % Aluminium, weniger als 0,005 % Stickstoff, insgesamt weniger als 0,1 % Chrom, Nickel, Molybdän,

Kupfer und Zinn, 0,03 % Niob und 0,04 % Vanadium
enthält.

6. Stabstahl nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Warmwalzen (zu einer Stabform) und anschließendes Abkühlen in Luft hergestellt wurde.

7. Stabstahl nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er verdreht bzw. ^{veCTiundenist}-409843/09?6

8. Stabstahl nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er rund ist und der Grad der Verdrehung bzw. Verwindung, der er ausgesetzt wurde, das etwa 1ü-fache des Stabdurchmessers beträgt.

Stabstahl nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er eine untere Streckgrenze (FeB) im Bereich von 40 bis 42 kg/mm aufweist.

10. Verwendung eines schweißbaren Stabstahls nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche als Betonstahl bzw. zum Bewehren von Beton.

11. Verwendung von mindestens zwei (geraden) Stablängen als Bewehrung in Beton.

12. Stahllegierung der Zusammensetzung nach einem öler mehreren der Ansprüche 1 bis 5.

13. Stahllegierung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine untere Streckgrenze (FeB)im Bereich

von 40 bis 42 kg/mm aufweist.

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